我的電池沒電了——誰有多余的充電器？大多數(shù)擁有手機(jī)、筆記本，甚至是電動汽車的人都會對這種痛苦心生同情。當(dāng)你最需要它的時候，手機(jī)屏幕變黑了，于是燃起了一種細(xì)微但卻持續(xù)不斷的惱怒之情。之后是對充電插口無止盡的追尋。當(dāng)你意識到自己選擇了一個沒有充電插口的火車車廂時，你會有一種心如死灰的感覺。

在延長電池日益衰減的壽命上，你聽到了各種互相矛盾的建議。與此同時，你絕望地意識到，它總會在幾年內(nèi)死去。上床前為手機(jī)充電已經(jīng)成為夜間的例行動作。

“現(xiàn)有電池的問題是它們很糟糕，” 特斯拉的 CEO Elon Musk 在 5 月的 Powerwall——一種時髦的新電池——的發(fā)布會上說。這個謎題的級別就像是暗物質(zhì)，或者說，就像是你為何仍然買不到能同時烤好面包兩面的烤箱一樣：為什么電池很糟糕？

“這歸根到底是一個基本問題，”劍橋大學(xué)化學(xué)系教授 Clare Gray 說。他研究電池運(yùn)作已有 20 年了。“你擁有一塊材料，而且只能同時讓一定數(shù)量的電子進(jìn)出。不是說只要這些蠢蠢的科學(xué)家繼續(xù)研究下去，我們就可以無窮無盡地增加電池的電量。”

因此，電池并不糟糕；那是我們的期待太高了嗎？“你或許可以去問問 iPhone 用戶，他們?yōu)槭裁匆惶煲匀D飯，” Grey 笑著說，“任何設(shè)備天生就很耗電。許多人每年充手機(jī)的次數(shù)是 365 次。這等于要求一種化學(xué)反應(yīng)持續(xù)發(fā)生 1000 多次后還能保持完美。在我們的生活中，哪些東西來回運(yùn)作 1000 次后不會衰減？”

在溫哥華，加拿大公司 Cadex Electronics 的 CEO Isidor Buchmann 對此表示同意。電池的局限在于其化學(xué)基礎(chǔ)。他的公司制造充電器、分析儀，并且運(yùn)營著一家名為“電池大學(xué)”的網(wǎng)站。而公司對改善現(xiàn)有電池的興趣更加濃厚。

“每個人都想要發(fā)明所謂的‘超級電池’，但問題在于，電池一樣會衰老，就像我們一樣，” 他說，“即使運(yùn)動員也會慢下來。因此，追蹤它工作時的表現(xiàn)很重要。人們只關(guān)注電池從出生到畢業(yè)的階段，忽視了從工作到退休的階段。” 明年，Buchmann 計(jì)劃全球旅行，“宣揚(yáng)如何保護(hù)電池”。

與此同時，可攜帶電子設(shè)備正變得更輕、更便宜，而且每過幾年就性能翻倍。iPhone 6s 擁有 3D 觸控屏幕，超極本又薄又強(qiáng)勁。一款新的智能手表的運(yùn)算能力超過了登月的阿波羅太空船。但是，它們使用的鋰電池和索尼 1991 年開始銷售時并沒有太大改變。在充滿電的情況下，你的電動汽車仍然無法從倫敦到達(dá)愛丁堡（除非你有 5.5 萬英鎊的零花錢，可以買個 Tesla S）。

“電池衰退不在計(jì)劃中，但是，公司沒有動力去開發(fā)壽命數(shù)十年的電池，” Gizmodo 網(wǎng)站的科技專家 Eric Limer 說，“每晚充電已經(jīng)是常規(guī)了，因此，除非你把電池續(xù)航延長為數(shù)天，否則沒有什么意義。”

另外，越來越多的手機(jī)和筆記本采用了不可拆卸的電池。電池之死成了促使你升級的理由之一。” 正如 Joanna Stern 在華爾街日報上對 iPhone 6s 的評論上所說的：“人們對智能手機(jī)的第一要求是更長的電池壽命，iPhone 6S 沒有做到這一點(diǎn)。”

Limer 的 Nexus 5 已經(jīng)用了兩年時間了，每六個小時就要充電，不過其它方面都“表現(xiàn)非凡”。他相信，解決方案在于更好的電池維護(hù)。“有兩件事情，” 他建議說，“首先，鋰電池從滿電一直用到虧電并不合適，因此，應(yīng)該經(jīng)常充電，每次充一點(diǎn)：理想的電量狀態(tài)在 30%—80% 之間。其次，不要讓你的筆記本發(fā)熱：當(dāng)它做高強(qiáng)度的工作時，把它放在支架上。”

如今，鋰電池存在于手機(jī)、汽車、數(shù)碼相機(jī)、電子煙、電動工具、 輪船和太空飛船、好奇號火星探測車上。它驅(qū)動著現(xiàn)代世界中許多我們賴以生存的東西。但它們的運(yùn)作方式仍然與 200 年前首次出現(xiàn)的電池一樣：基本上，它們包括了兩類金屬，中間是某種溶液。對于 1799 年的亞歷山德羅·伏打來說，那是鋅和銀，用浸入鹽水的布分開：這是世界上首個獲得廣泛應(yīng)用的電池。

如今，電池的一端是鋰，另一端通常是碳，中間是鋰離子來回穿越的電解質(zhì)溶液。鋰的問題在于，它是易燃的。正如一位科學(xué)家告訴我，或者 YouTube 上錘子擊打三星 S5 致其爆炸的視頻所展示的：“鋰離子電池是非?？膳碌摹?rdquo; 這是它們在過去 25 年內(nèi)只改進(jìn)了 ½ 或者 ? 的部分理由。

雖然如此，創(chuàng)造超級電池的競賽仍在繼續(xù)。能量儲存市場正要起飛，而且在全球的實(shí)驗(yàn)室都有研究，由政府、科技巨頭和汽車制造商投資贊助?？茖W(xué)家和工程師們正在努力制造儲存更多能量、壽命更長、體積更小、價格更低、更有利于環(huán)境保護(hù)的電池。通常，這是秘密進(jìn)行的。

一些人則走向另一條道路，試圖找出耗能更少的技術(shù)，或者極為快速的超級充電站。換句話說，電池或許只能續(xù)航六小時，但是可以在兩分鐘內(nèi)充滿。

其他人則完全拋棄了我們現(xiàn)在所了解的電池。倫敦皇家學(xué)院的復(fù)合材料工程師 Emile Grennhalgh 博士正在開發(fā)一種可以儲存能量的結(jié)構(gòu)材料。他的研究由歐盟和國防部資助。

“在我們的概念中，你不再需要 iPhone 電池了，” 他解釋說，“能量可以儲存在外殼里。” 這聽起來不如“人們正在制造的奇特電池和超級電容器”那么好聽，他補(bǔ)充說，但是，從另一方面說，“你能用我們的材料制作飛機(jī)的機(jī)翼，普通電池?zé)o法做到這一點(diǎn)。”

他的研究成果什么時候才能推向市場？“沃爾沃在行李箱蓋上使用了它，效果很不錯，” 他說，“在我看來，它會在今后五年內(nèi)進(jìn)入小眾產(chǎn)品領(lǐng)域。我們的研究引起空客這樣的公司的興趣，因?yàn)椋鼈兿胍?2050 年前造出純電動的飛機(jī)。”

在特隆赫姆的挪威科技大學(xué)里，材料科學(xué)家 Fride Vullum-Bruer 正在研究一種替代碳的材料，可以將電池的性能提升 30% 以上。她的項(xiàng)目被稱作“來自海洋的電池”，因?yàn)?，她的團(tuán)隊(duì)在制造電池的過程種使用了褐藻。我天真地問她，材料的名字是什么。“我不能告訴你，”她說，“我們正在申請專利。”

Vullum-Bruer，以及與我交談的每一個人都相信，未來的市場不會只有“一種魔力電池”，而是許多種不同的電池。“我認(rèn)為，在很長一段時間里，鋰電池會繼續(xù)統(tǒng)治市場，”她說。

“但是，在 10 年內(nèi)，我們會看到其它電池的出現(xiàn)。在一些領(lǐng)域，比如汽車領(lǐng)域，鈉離子和鎂離子電池或許會部分替代鋰離子電池。近些年來，炒的最火的一種材料是硅，因?yàn)樵诘厍虼媪孔畛渥愕脑刂?，它排在了第二位。它的耐久度是傳統(tǒng)材料的 10 倍，但是，目前你只能給它充幾次電。我聽到一些關(guān)于此類電池電路的謠言，在制造新電池的時候，特斯拉正在測試這種硅材料。”

哦，特斯拉。每個人想起了那家站在電池革命前線大膽的電動汽車公司。在我們的交談后，Buchmann 寫來郵件說，“要真正讓電池行業(yè)快速發(fā)展，需要找到電動汽車能使用的超級電池。” 在馬斯克說電池“糟糕”的那天，他宣布成立特斯拉能源，一個柵極電池公司。幾個月后，它的 Powerwall 家用電池訂單已經(jīng)達(dá)到了 10 萬，價值 10 億美元。

電池的生產(chǎn)地是特斯拉在內(nèi)華達(dá)沙漠中的超級大型工廠，投資 50 億美元。該工廠會在明年開工，成為全球最大的電池制造廠。特斯拉在網(wǎng)站上極為自信的宣稱，到了 2020 年，它每年生產(chǎn)的鋰電池數(shù)量將會超過 2013 年的全球鋰電池生產(chǎn)量。

當(dāng)能源儲存革命中的其他人制造更小、更強(qiáng)大的電池，或者嘗試新元素的時候，特斯拉只是在制造更多的電池。“我敢說，Elon 構(gòu)建了一個非常好的商業(yè)模式，” Grey 說，“他把平淡無奇的電池拿來，連上線，塞到特斯拉電動汽車上。”

我們這些人怎么辦呢？我們能否期待，不久的將來自己的設(shè)備能堅(jiān)持一天時間？“只要我們的電池是基于化學(xué)反應(yīng)的，我們就會遇到很大的限制，”Buchmann 說，“電池的健康幾乎就像是活體器官的健康或者人類的健康。我們必須關(guān)心它。”

而 Limer 則表示，“我認(rèn)為，10 年內(nèi)，情況不會有很大的變化。一個比較現(xiàn)實(shí)的期待是，即使在極端的重度使用下，你的電池也能堅(jiān)持一天的時間。” 他接著說，如今，我們面臨的是“電池僵局”。

Grey 更為樂觀。“電池在改進(jìn)，新材料也在到來，” 她說，“ 電子設(shè)備的耗能也會下降，但事實(shí)是，整個社會仍然需要更多的能量。在今后的 25 年里，我們想把一切東西都連接起來。” 盡管電池不能拯救世界，但是，Grey 相信它們能夠發(fā)揮自己的作用。

“ 網(wǎng)格能量存儲是社會面臨的重大挑戰(zhàn)之一，” 她說，“當(dāng)社會持續(xù)發(fā)展，必須處理氣候變化問題，而電池在此會發(fā)揮重要的作用。目前，明確的方案是不存在的，而且，在今后的一些年里，情況也不會有改觀。但是，變化總會發(fā)生的。2050 年的電池是什么樣子，誰也說不準(zhǔn)，但是，它肯定會很吸引大家的眼球的。”

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